В космосе есть магистрали для быстрых перемещений. Как изменятся полеты?
Сегодняшние космические аппараты преодолевают силу земного тяготения с помощью химического топлива и даже могут, использовав для разгона гравитационные маневры, выйти за пределы гелиосферы. Этого, конечно, мало для далеких межзвездных перелетов, но возможны ли они в принципе?
Как можно перемещаться в космосе?
Космический полет — это путешествие или транспортировка в или через космос. Однако четкая граница между Землей и космосом отсутствует, и Международной авиационной федерацией была принята границей высота в 100 км от поверхности Земли.
Чтобы на такой высоте летательный аппарат летел благодаря действию аэродинамических сил, необходимо иметь первую космическую скорость, что делает полет скорее орбитальным, чем аэродинамическим. Классическое разделение между авиа- и космическим полетами всё больше размывается благодаря развитию суборбитальных космических кораблей и орбитальных самолетов.
Пропасть, отделяющая нас от других планетных систем, чудовищна. Есть разные иллюстративные приемы, показывающие на каком огромном расстоянии от других небесных тел мы находимся.
Уменьшим все в 10 млрд раз — на 10 порядков величины. Солнце станет размером с апельсин, Земля — песчинкой в 15 м от Солнца. Скорость света будет 3 см в секунду. И где будет ближайшая звезда? Примерно на том же расстоянии, что Иркутск от Москвы.
Свет доползет туда за четыре с небольшим года, «Вояджер-2» (более быстрый, чем «Вояджер-1»), двигаясь со скоростью 6 мм в час (в рамках модели с апельсином), улетит на такое расстояние за сотню тысяч лет. Это ближайшая звезда Проксима Центавра, где есть планета — скорее всего, непригодная для обитания. А ближайшая пригодная будет в 15–20 световых лет от нас, то есть в 4–5 раз дальше. И это очень оптимистичный результат.
Что нам нужно для межзвездных полетов?
Звездоплавание автоматических аппаратов кажется некоторым ученым почти решенной задачей. Однако нет никакого смысла запускать автоматы к звездам с нынешними черепашьими скоростями (примерно 17 км/с) и прочим примитивным для таких расстояний оснащением.
Сейчас за пределы Солнечной системы ушли американские космические аппараты «Пионер-10» и «Вояджер-1», связи с «Пионером» уже нет. «Пионер-10» движется в сторону звезды Альдебаран. Если с ним ничего не случится, он достигнет окрестностей этой звезды через 2 млн лет. Точно так же ползут по просторам Вселенной и другие аппараты.
Независимо от того, обитаем корабль или нет, для полета к звездам ему нужна высокая скорость, близкая к скорости света. Это поможет решить проблему полета только к самым близким звездам.
Даже если бы мы умудрились построить звездный корабль, который сможет летать со скоростью, близкой к скорости света. Время путешествий только по нашей Галактике будет исчисляться тысячелетиями и десятками тысячелетий, так как диаметр ее составляет около 100 000 световых лет. Но на Земле-то за это время пройдет намного больше.
Константин Феоктистов, летчик-космонавт СССР
Существует и другая проблема: надо не только разогнать корабль, надо еще преодолеть гравитационный потенциал Солнца. Если бы корабли разгонялись у Земли, им бы пришлось придать скорость около 30 км/c при том, что скорость истечения газов в сопле ракеты почти на порядок меньше. Это потребовало бы наличия многих ступеней уже в космосе и безумных затрат.
Возможно ли разогнаться кораблю и какие существуют способы ускорения?
Есть вариант разогнаться у Солнца с помощью эффекта Оберта: подойдя к звезде по сильно вытянутой орбите из далекого афелия, включаем двигатель в перигелии и получаем конечное приращение скорости в √2Δ v V, где V — орбитальная скорость, Δ v — приращение скорости.
Если взять радикальный случай пролета на 10 радиусах Солнца ( V = 200 км/с, равновесная температура
3 000 градусов Цельсия) и добиться приращения скорости 4 км/с, то получим около 40 км/с на бесконечности. Опять те же 10-4 скорости света.
Существуют и радикальные идеи, одна из них — фотонный двигатель на антивеществе. Если бы у человечества было антивещество, то мы могли бы эффективно конвертировать энергию его аннигиляции в световой луч (через нагрев тугоплавкой оболочки и фокусировку обычным параболическим зеркалом).
Теоретически так можно было бы достичь, скажем, половины скорости света, хотя тут есть и обратная сторона, связанная с бомбардировкой корабля атомами межзвездной среды.
Если взять корабль массой 100 тонн, то в идеальном случае для его разгона потребуется всего 30 тонн антивещества и столько же аннигилирующего вещества. Правда, разгоняться придется медленно: при радиусе тугоплавкой (4 000 Кельвинов) оболочки 10 м, максимально допустимой мощности 30 ГВт, силе 0,3 Н и ускорении 3 × 10-6 сантиметра в секунду за секунду время разгона до половины скорости света составит 10 000 лет.
Можно было бы обойтись без твердой оболочки, например, использовать магнитную бутылку с плазмой, но и тогда возникнут ограничения на предельную мощность из-за величины поля, предельной стойкости окружающих конструкций и тому подобных причин.
Куда мы полетим в первую очередь?
Предполагается, что первой целью межзвездных полетов станет альфа Центавра (система из трех звезд) — наиболее близкая к нам. Со скоростью света туда можно долететь за 4,5 года, на Земле за это время пройдет лет десять. Но чем больше расстояние, тем сильней разница во времени.
Галактика Андромеды находится от нас на расстоянии 2,5 млн световых лет. По некоторым расчетам, путешествие займет у космонавтов более 60 лет (по звездолетным часам), но на Земле пройдет целая эра. Надо помнить, что мы видим галактику Туманность Андромеды такой, какой она была 2,5 млн лет назад.
Значит, даже полеты со скоростью света обоснованы только до относительно близких звезд. Однако аппараты, летящие со скоростью света, живут пока лишь в теории.
В Солнечной системе сеть «гравитационных шоссе»
Исследователи из Калифорнийского университета нашли новую сеть «гравитационных шоссе», которая позволит перемещаться по Солнечной системе намного быстрее, чем это было возможно раньше. Их можно было бы использовать для относительно быстрой отправки космических кораблей в дальние уголки нашей системы.
Ученые наблюдали за динамической структурой этих маршрутов, которые образуют связанную между собой серию арок, простирающихся от пояса астероидов до Урана и далее. Это вновь открытый маршрут, которые можно использовать в течение нескольких десятилетий, прежде чем небесные тела, которые могут этому помешать, изменят свое местоположение.
Оказалось, что эти маршруты могут выталкивать кометы и астероиды на расстояние между Юпитером и Нептуном менее, чем за десять лет. По таким скоростным путям также можно перемещать кометы и астероиды на 100 астрономических единиц менее чем за столетие.
Исследователи надеются, что найденные сети супермагистралей можно будет использовать для относительно быстрой отправки космических кораблей в отдаленные участки Вселенной, а также для мониторинга и понимания объектов, сближающихся с Землей.
Есть несколько групп космических тел на разных расстояниях от Солнца, временные рамки перемещения в нашей системе которых могут варьироваться от 10 000 до миллиарда лет. Но ученые выявили орбитальный шлюз, связанный с Юпитером, который, кажется, намного быстрее.
Как указывают в Калифорнийском университете, Юпитер, будучи самым массивным телом в Солнечной системе, ответственен за большинство структур, которые обнаружили ученые. Астрономы сообщили, что притяжение других планет также может создавать подобные пути.
Чтобы сделать это открытие, ученые собирали числовые данные о миллионах орбит в нашей Солнечной системе и вычисляли, как они проходят внутри ранее известных космических многообразий. Исследователи отмечают, что результаты нуждаются в дальнейшем изучении, чтобы определить, возможно ли пускать по этим супермагистралям космические корабли.
Источник
Когда космический туризм станет доступным
Череда неудачных испытаний последних лет могла окончательно убедить в том, что путешествия на орбиту и дальше будут доступны не более чем 10 людям на земле. Но события 2016 года дают надежду на то, что первый космический лоукостер полетит совсем скоро.
В этом году можно отметить сразу две круглые даты знаковых событий в освоении космоса. Во-первых, конечно, 55-летие первого полета человека в космос, во-вторых, 15-летие космического туризма.
Россия намерена войти в тройку мировых лидеров по въездному туризму
C тех пор как в 1961 году Юрий Гагарин покорил космос, мысль о том, что когда-нибудь, в один прекрасный день, любой желающий сможет вот так легко отправиться на орбиту, не оставляла человечество. 40 лет спустя в космос отправили первого туриста, а еще через десятилетие уже все СМИ писали, что совсем скоро, буквально завтра в космос будут летать едва ли не маршрутки и такое путешествие будет по карману не только десятке жителей земного шара.
Но завтра и послезавтра никакого прорыва в области бюджетного туризма так и не случилось, зато как-то незаметно настал 2016 год. Успехи последних нескольких месяцев дают основания надеяться, что первого космического лоукостера ждать осталось недолго.
Семеро смелых
Космический туризм уже 15 лет как не фантастика. С 2001 года американская компания Space Adventures совместно с Роскосмосом успешно отправляет на орбиту и МКС всех желающих. Желающих, правда, за все это время оказалось не слишком много, а точнее семь. Еще бы, ведь такой полет обходится в $20-50 млн. Так что клиентами Space Adventures в основном становились очень уж небедные люди. Например, вторым космическим туристом стал разработчик операционной системы Ubuntu, а последним посетил орбиту на коммерческой основе директор и основатель Cirque du Soleil Ги Лалиберте.
В прошлом году список космических туристов должна была пополнить британская певица Сара Брайтман, она даже планировала исполнить на орбите песню. Но потом что-то пошло не так, и от полета она все-таки отказалась. Возможно, продюсеры певицы решили, что 35 млн фунтов (почти $50 млн) на запись одной песни — не слишком приемлемые траты.
Конкуренты на низком старте
Затраты на путешествия на орбиту в ближайшее время могут стать гораздо менее ощутимыми. Space Adventures долго оставалась монополистом в области туров в космос, но с середины 2000-х у компании начали появляться конкуренты. В 2007 году, когда программист и бизнесмен Чарльз Симони заплатил $ 25 млн за свое космическое путешествие, Ричард Брэнсон, глава недавно основанной Virgin Galactic, амбициозно анонсировал, что буквально через год сможет отправлять в космос всех желающих всего за $200 тыс. Но, конечно, в 2008 году ничего такого не случилось. А еще год спустя Чарльз Симони второй раз отправился в космос в качестве туриста, заплатив на этот раз уже $35 млн. Места же на постоянно откладывающийся первый рейс Virgin Galactic продолжали раскупать. В 2012 году коммерческий директор компании Стивен Аттенборо даже насчитал среди купивших билеты на первый космический рейс 20 россиян. К слову, в том году опять в космос так никто и не полетел. А 31 октября 2014 года космический корабль SpaceShip Two, на котором планировалось осуществлять полеты, разбился во время испытаний над пустыней Мохаве на юге штата Калифорния, один из пилотов погиб, второй получил ранения. Несколько несостоявшихся орбитальных путешественников тогда отказались от полета, но Брэнсон пообещал, что реализация программы будет продолжена.
Со дня полета легендарных Белки и Стрелки в космос прошло 55 лет
Появившийся почти одновременно с Virgin Galactic стартап Armadillo Aerospace, обещавший билеты в космос вдвое дешевле, чем конкурент (по $102 тыc.), за год до крушения Spaceship Two объявил о приостановке деятельности, тактично назвав ее «переходом в спящий режим».
А наиболее реальными конкурентами Space Adventures наряду с Virgin Galactic на тот момент оставались Blue Origin Джефа Безоса и Space X Илона Маска. Но опять же никто из них так и не запустил свой первый коммерческий рейс на орбиту. И после почти десятилетия отложенных обязательств и космических неудач уже можно было бы заключить, что массовый туризм на орбиту так и останется чем-то невоплотимым. Но события последнего года дали надежду на обратное.
Год космических успехов
Буквально полтора месяца назад Virgin Galactic представила обновленный Spaceship Two. Впереди, конечно, еще множество тестов и испытаний, и в этот раз Ричард Брэнсон предусмотрительно не оглашает точную дату первого полета. Но к 700 будущим туристам, уже купившим билеты, выразил желание присоединиться даже известный физик Стивен Хокинг. Но, конечно, презентация космического корабля, который еще, вполне вероятно, и не сможет летать, хоть и яркое, но не слишком обнадеживающее событие. А вот конкуренты могут похвастаться более серьезными успехами. Всего пару дней назад после неоднократных попыток Space X наконец удалось осуществить спуск нижней ступени ракеты Falcon 9 на морскую платформу. А чуть ранее, в самом начале апреля Blue Origin, возглавляемая Джефом Безосом, провела очередное успешное испытание по вертикальной посадке вернувшегося после запуска в космос корабля New Shepard. Ранее корабль уже дважды удавалось приземлить в намеченном месте. Ряд успешных испытаний увеличивает вероятность того, что космические туристы уже в 2018 году смогут отправиться на New Shepard в суборбитальный полет.
Правда, Илон Маск после удачной посадки корабля, принадлежащего Blue Origin, напомнил, что суборбитальные полеты — это, конечно, здорово, но лучше все-таки летать в космос, как Falcon. Но, надо полагать, он просто решил не упускать возможность позлословить над успехами конкурента. Стоит отметить, что подобные испытания крайне важны, так как многоразовое использование ракет поможет существенно снизить стоимость космических полетов, в том числе и для туристов. Сам Маск уже признавался, что отправку туристов в космос он не ставит своей основной целью. Но место для туриста на космическом корабле Dragon X все же планируется выделить. Президент и генеральный директор Space X Гуинн Шотуэлл упоминал о важности налаживания регулярного запуска ракет, сравнимого с работой авиакомпаний.
Дешево или никогда
Надо признать, что о заметных успехах на российском рынке космического туризма пока говорить не приходится. Да и существование самого этого рынка в России под большим вопросом. Хотя несколько месяцев назад Роскосмос все же сделал шаг в сторону развития космического туризма, правда, пока только наземного. Ведомство официально разрешило более чем 40 туроператорам устраивать экскурсии на космодромы Восточный и Байконур. Это, конечно, не такой громкий, как у Space X и Blue Origin, но все же успех. А еще о намерении отправлять туристов в космос заявила частная российская компания «КосмоКурс». Причем цены обещают такие же, как у Virgin Galactic. Но в отличие от последней, российская компания пока только разрабатывает то, на чем туристов будут доставлять в космос. Так что с импортозамещением в этой сфере пока, видимо, придется повременить.
Источник